Спиновые волны Спин-спиновое взаимодействие

Возбуждения значительно меньшей энергии образуются в том случае, когда все спины повертываются лишь частично. Такая спиновая волна схематически изображена на рис. 10.12. Из рисунка видно, что спиновые волны представляют собой колебания относительной ориентации спинов в кристалле. Они сходны с упругими волнами в кристалле (фононами). Спиновые волны также квантованы. Квант энергии спиновой волны получил название магнон. При повышении температуры число магнонов возрастает, а результирующий магнитный момент ферромагнетика соответственно уменьшается. При малой плотности магнонов взаимодействие их друг с другом можно не учитывать и, следовательно, магноны можно считать идеальным газом. Газ магнонов, так же как и газ фононов, подчиняется. статистике Бозе — Эйнштейна. Если известны [c.340]

При высоких энергиях рассеяние перестает быто изотропным и начинает зависеть от детальной формы потенциала. Это означает, что при повышении энергии наряду с 5-волной заметный вклад в сечение начинают давать и высшие гармоники Р (I = 1), D (/ = 2) и др. Тем самым из вида сечений при высоких энергиях можно извлекать более подробную информацию о виде потенциала взаимодействия. В частности, может оказаться (а так оно и есть в действительности), что потенциал взаимодействия зависит не голько от относительной ориентации спинов нуклонов, но и от относительной ориентации орбитального и спинового моментов нуклона (спин-орбитальное взаимодействие), а также от спинов и радиуса-вектора, соединяющего нуклоны (тензорное взаимодействие). Вследствие этого при рассеянии нуклонов появляется поляризация нуклонов, т. е. рассеянные нуклоны характеризуются некоторым преимущественным направлением спина. [c.182]

В рассмотренных до сих пор элементарных возбуждениях мы в большинстве случаев не учитывали спин электронов и ионов решетки. Кроме краткого обсуждения влияния спин-орбитального расщепления на зонную структуру твердого тела в 28, спин учитывался нами только в принципе Паули. Принцип Паули ответствен за обменное взаимодействие ( 3), которое было в общем виде принято нами во внимание в одноэлектронном уравнении Шредингера. Однако спином ионов решетки мы еще не занимались. Если ионы решетки обладают спином, то и в этой спиновой системе из-за обменного взаимодействия возможны коллективные возбуждения, которые называются спиновыми волнами. Относящиеся к ним кванты называются магнонами. [c.157]

Здесь Л —число ионов подрешетки. Первый член дает энергию невозмущенного состояния. Второй член описывает спиновые волны в соответствующих подрешетках. Третий член обозначает взаимодействие двух подрешеток, при котором либо рождается, либо уничтожается пара магнонов, с эффективным изменением спина, равным нулю. Это взаимодействие можно заменить введением операторов магнонов, которые описывают комбинированные спиновые волны обеих подрешеток. [c.168]

УЗ-вые волны затухают значительно быстрее, чем волны более низкочастотного диапазона, т. к. коэфф. классического поглощения звука (на единицу расстояния) пропорционален квадрату частоты. В низкочастотной области коэфф. релаксационного поглощения также растёт пропорционально квадрату частоты, однако при повышении частоты этот рост замедляется и коэфф. поглощения стремится к постоянной величине. Область, где наблюдается такое изменение хода коэфф. поглощения, наз. релаксационной, а средняя её частота — частотой релаксации. Величина, обратная частоте релаксации,— время релаксации — характеризует процесс перераспределения энергии внутри вещества. Помимо характерного хода коэфф. поглощения УЗ, в релаксационной области наблюдается рост скорости звука с частотой — дисперсия, обусловленная физич. процессами в веществе и отличающаяся от дисперсии скорости звука, характерной для любых частот и связанной с геометрич. условиями распространения волны. Дисперсия УЗ в релаксационных областях обычно не превышает нескольких процентов. В многоатомных газах релаксация связана с обменом энергии между поступательными и внутренними степенями свободы, и характерные частоты лежат в среднем и даже низкочастотном диапазонах. В жидкостях к основным релаксационным процессам относятся, напр., внутримолекулярные превращения, структурная и химич. релаксации соответствующие частоты лежат чаще всего в области частот 10 —10 Гц. В твёрдых телах имеются релаксационные процессы различной природы, обусловленные, напр., взаимодействием ультразвука с электронами проводимости, со спиновой системой (см. Спин-фононное взаимодействие), С колебаниями кристаллической решётки. Влияние этих процессов проявляется в частотной зависимости поглощения УЗ. Резонансные явления типа акустического парамагнитного резонанса (область частот 10 —11 Гц) и акустического ядерного магнитного резонанса (10 —10 Гц) дают соответствующие пики поглощения. Резонансный характер может иметь также и дислокационное поглощение в кристаллах. Все эти особенности поглощения УЗ в твёрдых телах обусловлены взаимодействием УЗ-вых и гиперзвуковых волн с внутренними возбуждениями в твёрдых телах. Возникновение же такого взаимодействия связано с тем, что средние и высокие УЗ-вые частоты становятся сравнимы с характерными частотами процессов в веществе на молекулярном и атомном уровне, а длины волн сравнимы с параметрами внутренней структуры вещества. Последнее обстоятельство объясняет также увеличение рассеяния упругих волн на УЗ-вых частотах, наблюдаемое в микронеоднородных средах, в поликристаллич. телах сечение рассеяния на неоднородностях возрастает, если их размеры становятся порядка длины волны.. Связь характера распространения УЗ и, в частности, его высокочастотной области — гиперзвука — со структурой вещества и элементарными возбуждениями в нём является одной из важнейших особенностей УЗ-вых волн. Она позволяет судить о строении вещества на основании измерений скорости и погло- [c.11]

В магнитоупорядоченных кристаллах (напр., ферромагнетиках, ферритах) наличие спина, орбитального момента и обменного взаимодействия приводит к тому, что, помимо рассмотренных выше проявлений взаимодействия Г. с веществом, появляется ряд других явлений, где играют роль магнитоупругие взаимодействия. Так, распространение гиперзвуковой волны вызывает появление спиновой волны, и, наоборот, спиновая волна вызывает появление гиперзвуковой волны. Т. о., один тип волн порождает другой, поэтому в общем случае в таких кристаллах распространяются не чисто спиновые и упругие волны, а связанные магнитоупругие волны. Изучение спин-фононных взаимодействий представляет существенный интерес для исследования спин-решёточной релаксации в магнитоупорядоченных кристаллах. В случае спиновых волн большой, или, как говорят, конечной, амплитуды, возникают нелинейные эффекты. [c.89]

Спиновые волны 332 Спин-решёточная релаксация 333 Спин-фононное взаимодействие 333 [c.399]

Микромеханизм явлений здесь весьма разнообразен. Наряду с обычным эффектом Фарадея, возникающим вследствие спин-орбитального взаимодействия и прецессии моментов, в поле Н играют роль обменные эффекты, вклад s — d переходов, спиновые волны (магнитные взаимодействия). Подробности этих явлений см., например, в работах [197—199]. Величины эффектов в магнитных средах особенно велики и легче наблюдаются. [c.242]

Согласно принципу Паули, волновая функция системы из двух тождественных частиц с полуцелым спином должна менять знак при перестановке координат и спинов обеих частиц, т. е. должна быть антисимметричной. В соответствии с этим из всех возможных состояний р—р)- или (п—и)-систем принцип Паули отбирает только такие, которые удовлетворяют этому условию. Так, например, два нейтрона или два протона могут взаимодействовать между собой в s-состоянии (/=0 — четно и координатная волновая функция фг симметрична, т. е. не меняет знака при перестановке координат) только при противоположно направленных спинах (спины при перестановке переворачиваются, и спиновая волновая функция антисимметрична, т. е. меняет знак при перестановке спинов). В результате суммарная волно- [c.59]

Строго параллельная ориентация спинов в ферромагнетике наблюдается лишь при ОК. Такое расположение спинов соответствует минимуму энергии. Результирующая намагниченность при этом равна намагниченности насыщения J. С повышением температуры ферромагнетика его энергия возрастает за счет появления перевернутых спинов. В отличие от основного состояния (при 7=0 К) состояние с перевернутым спином является возбужденным. Если соседние спины связаны взаимодействием вида (10.45), то поворот в обратную сторону одного спина требует затрат дополнительной энергии Другими словами, из-за обменного взаимодействия состояние с перевернутым магнитным моментом в одном из узлов решетки является энергетически невыгодным. Соседн ]е спины стремятся возвратить перевернутый спин в исходное положение. Обменное взаимодействие приводит при этом к тому, что соседний спин переворачивается сам. По кристаллу пробегает волна переворотов спинов. Существование таких волн было установлено в 1930 г. Ф. Блохом. Сами волны получили название спиновых. [c.340]

Магнятоупорядоченаые вещества. Сильное обменное взаимодействие между электронами в ферро-, ферри- и антиферромагнетиках, заставляющее их спины поддерживать определ. ориентацию по отношению друг к другу, приводит к коллективизации процессов Р. м. При этом устанавливается равновесное распределение энергии между собств. типами коллективных колебаний магн. системы однородной прецессией намагниченности, неоднородными типами прецессии, спиновыми волнами, а также между магн. системой и решёткой. [c.331]

В магнитоупорндоченвых веществах основную роль в С.-ф. в. играет модуляция упругими колебаниями решётки обменного взаимодействия между спинами. В свою очередь, коллективные колебания спинов спиновые волны), распространяясь по кристаллу, вызывают смещения ионов решётки, что приводит к возникновению связанных т. н. магнитоупругих колебаний. Их интенсивность возрастает при совпадении частот спиновой и упругой волн с одинаковым волновым вектором. [c.647]

Учёт взаимодействия поперечных комггонент спина также приводит к конечной подвижности дырок. Эфф. масса дырки определяется процессом рассеяния на спиновых флуктуациях (спиновых волнах). При низких темп-рах возможно испускание спиновых волн только с низкими энергиями, сли плотность состояний в спектре низкоэнергетич. спиновых возбуждений мала, то можно ожидать хорошо определённые когерентные состояния дырок как квазичастиц вблизи дна дырочного спектра, к-рыс имеют конечное, но не слишком малое время жизни. При более высоких энергиях рассеяние усиливается и квазичастичный пик должен размываться. [c.394]

Изучение аномалии теплопроводности при фазовых переходах полупроводников из ферромагнитного в парамагнитное состояние представляет интерес в связи с вопросами спин-фоионного взаимодействия и переноса энергии магнонами. В [1—3] была измерена теплопроводность некоторых антиферромагнитных соединений переходных металлов выше и ниже температуры Нееля. На основании полученных результатов авторы пришли к выводу, что теплопроводность, возникаюшая за счет спиновых волн, отсутствует, но наблюдается дополнительное рассеяние фононов вблизи точки перехода в парамагнитное состояние. [c.359]

Спиновые волны. В основном состоянии простого ферромагнетика все снннрл параллельны, как на схеме рнс. 16.8, а. Рассмотрим N спинов величиной 5, расположенных в цепочке (нли по кольцу), и предположим, что соседние спины связаны гейзенберговским взаимодействием типа (16.6) [c.554]

Спин-волновой резонанс. Однородные переменные магнитные поля в тонких ферромагнитных пленках могут возбуждать спиновые волны больщой длины волны ), если действующее на электронные спины в поверхностном слое пленки эффективное поле анизотропии иное, чем для спинов во внутренней области пленки. Действительно, спины в поверхностном слое могут быть направлены перпендикулярно к поверхности, как показано на рис. 17.19. Если переменное поле однородно, то оно может возбуждать волны так, что на толщине пленки будет укладываться нечетное число полуволн. При четном числе полуволн отсутствует результирующая энергия взаимодействия с полем. [c.619]

Мы здесь имеем положение, аналогичное случаю колебаний решетки, когда кинетическая энергия, подведенная к одному иону, благодаря кулоновскому взаимодействию распространялась на все ионы решетки. Результирующее возбуждение может быть описано состояниями волнового типа. Соответственно рассматриваемая проблема имеет и решения волнового вида (а е ). Энергия, затраченная на поворот спина, распределяется по всей спиновой системе спиновые волны, рис. 50). Спиновые волны могут квантоваться так же, как волны решетки. Здесь, следовательно, возникают магноны в виде новых коллективных возбуждений. Однако мы не будем изучать этот новый тип элементарных возбуждений с помощью уравнений Хартри—Фока для свободного электронного газа, а сделаем некоторое общее предположение. В большинстве случаев спины, корреляция которых приводит к спонтанному магнитному моменту при ферромагне [c.159]

Теперь целесообразно сделать следуюш.ий шаг. Величины а] и aJ изменяют направлеине спина /-го иона. Однако мы уже видели, что такое изменение спина из-за обменного взаимодействия распространяется на всю спиновую систему. Следовательно, надо учесть преобразование операторов рождения и уничтожения квантов спиновых волн. Это соответствует переходу от атомных координат к нормальным координатам, как мы это делали перед квантованием колебаний решетки. Соответствующее преобразование здесь будет [c.164]

Для экспериментальной демонстрации роли спин-спиновых взаимодействий в установлении спиновой температуры необходимо сначала создать распределение, отличное от больцмановского. Вообще говоря, его нельзя получить частичным насыщением при помощи радиочастотного поля, поэтому используется воздействие на ядра с квадрупольными моментами в кубической решетке ультразвуковой волной двойной ларморовской частоты. Эксперимент [1 ] был выполнен на ядрах Na и СР в монокристалле КаС1. Вероятность перехода А, индуцированного ультразвуковой волной, может быть сделана настолько большой, что это приведет к насыщению резонанса Ат = 2 за время, малое по сравнению с временем спин-решеточной релаксации. Населенности четырех уровней от 1 = — /г до = 2 ядерного спина I — перед ультразвуковым облучением равны соответственно 1/4(1 3е), /4(1—е), 4(1+е), /4 (1+Зе), где в—уКНо12кТ, что приводит к следующему значению намагниченности (на адро) [c.139]

О сильной корреляции между направлениями атомных спинов в магнитоупорядоченных кристаллах. Причину такого поведе ния легко увидеть на примере следующего простого процесса. Рассмотрим ферромагнетик, находящийся в основном состоянии при 0 = 0°К. Тогда все атомные магнитные моменты направлены в одну сторону и энергия ферромагнетика минимизирована (рис. 1.7.1 (а)). Теперь отклоним магнитный момент одного атома и отпустим. Момент начнет прецессировать вокруг локального эффективного поля (рис. 1.7.1 (Ь)). Но из-за наличия обменных взаимодействий между соседними спинами изменение направления момента не останется локализованным в исходном атоме оно начнет распространяться сквозь кристалл в форме волнового движения (рис. 1.7.1 (с)), называемого спиновой волной. Имеются как продольные, так и поперечные спиновые волны (рис. 1.7.2). Видно, что спиновые волны могут рассматриваться как колебания плотности магнитного момента, распространяющиеся сквозь магнитно упорядоченный кристалл. [c.50]

Особенностью УЗ в высокочастотном и гиперзвуковом диапазонах является возможность применения к нему представлений и методов квантовой механики, поскольку длины волн и частоты в этих диапазонах становятся одного порядка с параметрами и частотами, характеризующими структуру вещества. Упругой волне данной частоты при этом сопоставляется квазичастица — фонон, или квант звуковой энергии. Квантово-механич. представления удобны при рассмотрении различных взаимодействий в твёрдых телах. Напр., рассеяние и поглощение звука колебаниями кристаллич. решётки можно рассматривать как взаимодействие когерентных и тепловых фононов, комбинационное рассеяние света (см. Манделъштама — Бриллюэна рассеяние) — как взаимодействие фотонов с фо-нонами, а взаимодействие с электронами проводимости в металлах и полупроводниках и со спинами и спиновыми волнами в магнитоупорядоченных кристаллах (см. Магнитоупругие волны) — соответственно как электрон-фо-нонное, спин-фононное и магнон-фононное взаимодействия. [c.12]

В твёрдых телах Д.с. з. появляется обычно тогда, когда акустич. волна взаихмодействует с к.-л. видами внутренних возбуждений п под её действием возникает изменение состояния электронов, системы спинов, спиновых волн или любой другой системы. Так, напр., при распространении звука в полупроводнике, обладающем пьезоэффектом (напр., dS, ZnO), взаимодействие звуковых волн с электронами проводимости приводит к Д. с. 3. и к поглощению релаксационного типа (а при нек-рых условиях — к усилению звука, см. Усиление ультразвука). Величина Д. с. 3. в этОхМ случае определяется величиной коэффициента электромеханической связи К для данного материала A I q I Положение области частот, в к-рой имеется дисперсия, определяется условием [c.122]

Природа электрических явлений, сопутствующих парапро- цессу, может быть понята из следующих соображений. Рас-смотрим, например, что будет происходить с -электро- 1 нами, если мы будем нагревать ферромагнетик. В обычных металлах принято считать, что причиной возрастания электросопротивления с температурой является взаимодействие электронов проводимости с тепловыми колебаниями ионов в кристаллической решетке (фононами). В результате этого взаимодействия -электроны отдают свою энергию и импульс, вследствие чего электросопротивление растет. Взаимодействие между электронами и фононами, которое можно рас- сматривать как столкновения между ними, определяет тем- пературную зависимость электросопротивления металла. В случае ферромагнитных металлов Вонсовский допускает, что наряду с этими процессами столкновений 5-электро- нами с фононами имеют место процессы столкновения между 5-электронами и так называемыми ферромагнонами (спиновыми волнами, создаваемыми -электронами). Представление о спиновых волнах было введено Блохом для расчета обменного взаимодействия между спинами электронов. Он показал, что при низких температурах энергия электронов при учете обменного взаимодействия может быть представлена как сумма энергий отдельных элементарных возбуждений . Последним сопоставляются квазичастицы — фер-ромагноны, или спиновые волны. Введение этих частиц значительно упрощает вычисление обменного взаимодействия между спинами. [c.197]

В парамагнетиках прохождение Г. подходящей частоты и поляризации в результате спин-фононного взаимодействия может вызвать изменение магн. состояния атомов. Так, Г. с частотой 10 Гц, распространяясь в кристаллах парамагнетиков, помещённых в магн. поле, может привести к избират. пох лощению, т. е. акустическому парамагнитному резонансу (АПР). При помощи АПР оказывается возможным изучать переходы между такими уровнями атомов в парамагнетиках, к-рые явл. запрещёнными для электронного па- рамагнитного резонанса. В магнитО упорядоченных кристаллах (антифер-ро- и ферромагнетиках, ферритах), помимо рассмотренных выше вз-ствий Г. с в-вом, появляются другие, где играют роль магнитоупругие вз-ствия (магнон-фононные вз-ствия). Так, распространение гиперзвук, волны вызывает появление спиновой волны и, наоборот, спиновая волна вызывает появление гиперзвук, волны. Поэтому в общем случае в таких кристаллах распространяются не чисто спиновые или упругие волны, а связ. магнитоупругие волны. [c.123]

Д.з. в газах связана с возбуждением колебат. и вращат. степеней свободы молекул, а в жидкостях — с колебательной и поворотно-изомерной релаксациями и перестройкой внутр. структуры жидкости, а также с процессами диссоциации, хим. реакциями и т. д. В ТВ. телах Д. з. обычно появляется, когда акустич. волна взаимодействует с к.-л. видами внутр. возбуждений, и под её воздействием происходит изменение состояния эл-нов проводимости, системы спинов, спиновых волн и др. [c.167]

В конденсиров. средах возможны разл. типы возбуждений и, следовательно, К. Колебания атомов (или ионов) около положения равновесия распространяются по кристаллу в виде волн (см. Колебания кристаллической решётки). Соответствующие К. наз. фононами. Единств, тип движения атомов в сверхтекучем гелии — звук, волны (волны колебаний плотности). Соответствующие К. наз. фононами и ротонами, все они — бозоны. Колебания магн. моментов атомов в магнитоупорядоченных средах представляют собой волны поворотов спинов (см. Спиновые волны). Соответствующая К.—магнон—также бозон. В полупроводниках К. являются эл-ны проводимости и дырки (обе — фермионы). Взаимодействуя друг с другом и с др. К., эл-ны и дырки могут образовывать более сложные К. экситон Ванье — Мотта, полярон, фазон, флуктуон). [c.250]

Электромагнитное взаимодействие. Эл.-магн. св-ва Н. определяются наличием у него магн, момента, а также существующим внутри Н. распределением положит.. и отрицат, зарядов и токов. Магн. момент Н. определяет поведение Н. во внеш. эл.-магн, полях расщепление пучка Н. в неоднородном магн, поле, прецессию спина Н. Внутр, эл.-магн. структура Н. (см. Формфактор) проявляется при рассеянии эл-нов высокой энергии на Н. и в процессах рождения мезонов на Н, у-квантами. Вз-ствие магн. момента Н. с магн. моментами электронных оболочек атомов существенно проявляется для Н., длина волны де Бройля к-рых размеров (энергия <10 эВ), и широко используется для исследования магн. структуры и элем, возбуждений (спиновых волн) магнитоупорядоч. кристаллов (см. Нейтронография). Интерференция магн. рассеяния с ядерным позволяет получать пучки поляризованных медленных Н. Вз-ствие магн. момента Н. с электрич. полем ядра вызывает специфич. швингеровское рассеяние Н. (указано впервые амер. физиком Ю. Швингером). Полное сечение этого рассеяния невелико, однако при малых углах ( 3°) оно становится сравнимым с сечением яд. рассеяния И., рассеянные на такие углы, в сильной степени поляризованы. Вз-ствие Н.о [c.452]

В. Г., Пелетминский С. В., Спиновые волны, М., 1967. М. И. Каганов. СПИН-ОРБИТАЛЬНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ, взаимодействие ч-ц, зависящее от величины и взаимной ориентации их орбитального и спинового моментов кол-ва движения и приводящее к т. н. тонкой структуре уровней энергии системы. С.-о. в.— релятив. эффект формально оно получается, если энергию быстро движущихся во внеш. поле ч-ц находить с точностью до v I , где у — скорость ч-цы. [c.714]

Смотреть страницы где упоминается термин Спиновые волны Спин-спиновое взаимодействие : [c.414] [c.421] [c.684] [c.6] [c.7] [c.17] [c.345] [c.638] [c.8] [c.18] [c.18] [c.310] [c.155] [c.414] [c.648] [c.403] [c.9] [c.372] [c.243] [c.117] [c.71] [c.253]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...